NEUROTRANSMITERY Autor Jan Habsko kola Gymnzium Jana Nerudy

NEUROTRANSMITERY Autor: Jan Habásko Škola: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. m. Prahy, Hellichova 3, Praha 1, 118 00 Kraj: Hlavní město Praha 2015

OBSAH • Stavba neuronu • Nervový impulz • Neurotransmitery

STAVBA NEURONU

KLIDOVÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL Na+ K+ K+ Na+ K+ K+ + + Na+Na Na K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ Cl- ACl- Cl- A- A- A- Na+ Na+ Na+ + Cl- A- A- Cl- Cl- A- A- A- Intracelulární A- Cl- Cl- prostor Cl- Extracelulární prostor

KLIDOVÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL Cl + + + Na Cl + + Na Na A Cl + Na Cl + Cl K Cl Cl Na K ++++++++++++++++++++++++++ --------------------------------------+ Cl + A+ K + A A Na Na + + K K K Na+ K+ Cl- A- Intracelulární + AK+ + K+ A K + + Na K K prostor --------------------------------------++++++++++++++++++++++++++ Extracelulární - Cl+ Na+ + + Cl A + Cl K Na Na prostor Cl Na Cl Cl + Na A-

ŘEZ MEMBRÁNOU NEURONU Inaktivační branka Napěťově řízený sodíkový kanál Membrána neuronu Extracelulární prostor Intracelulární prostor Aktivační branka Podjednotka, na kterou je navázaná inaktivační branka Napěťově řízený draslíkový kanál

AKČNÍ POTENCIÁL – KLIDOVÝ STAV Na+ Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ +++++++ Na+ Na+ +++++++ K+ -----------------Intracelulární prostor K+ K+ K+ --------- K+ K+

AKČNÍ POTENCIÁL - DEPOLARIZACE Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ Na+ + - -+- +- -+-+- -+ - -+- ++- -+-+- + - -+- +- -+-+- + - -+ Na+ K+ -+-+- + - -+- +- -+-+- + - -+- + Intracelulární prostor K+ K+ K+ - -+- +- -+-+- + - -+- + K+ K+

AKČNÍ POTENCIÁL - HYPERPOLARIZACE Na+ Extracelulární prostor K+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ K+ + Na+ +++++++ +++++++ --------- --------- Intracelulární prostor K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+

GRAF AKČNÍHO POTENCIÁLU

VEDENÍ AKČNÍHO POTENCIÁLU

Synaptické váčky (vezikuly) s neurotransmitery Ca 2+ SYNAPSE Ca 2+ N Synaptická štěrbina Ca 2+ N N SNARE N N Ca 2+ Presynaptický neuron a presynaptický terminál N N Ca 2+ Napěťově řízené vápenaté iontové 2+ 2+ Ca Ca kanály proteiny Ca 2+ Postsynaptický neuron Na+ Na+ Na+ γ β α GDP Ligandem řízené iontové kanály (ionotropní receptory) GTP Metabotropní receptory

AP Ca 2+ Ca 2+ N N N N Ca 2+ Na+ Na+ N Ca 2+ N Na+ N Ca 2+ 2+ Ca N N N N Ca 2+ N Na+ N EPSP N Na+ γ β Na+ N γ β α GDP GTP AL C c. AMP

N IONOTROPNÍ RECEPTORY Na+ Na+ Na+ Extracelulární prostor N Intracelulární prostor Iontový ligandem řízený kanál N N

RECEPTORY SPŘAŽENÉ S G-PROTEINEM N Extracelulární prostor Intracelulární prostor γ α β α GTP GDP GTP γ β

RECEPTORY SPŘAŽENÉ S Gs a Gi -PROTEINEM

RECEPTORY SPŘAŽENÉ S Gq-PROTEINEM

EPSP, IPSP A SUMACE

CHARAKTERISTIKA NEUROTRANSMITERŮ • 1) Neurotransmiter musí být syntetizován v presynaptickém neuronu. • 2) Neurotransmiter se skladuje v presynaptickém terminálu a je uvolněn v dostatečně velkém množství, aby vyvolal změny na cílových buňkách. • 3) Neurotransmiter je uvolněn do synaptické štěrbiny z presynaptického terminálu po příchodu akčního potenciálu do presynaptického terminálu.

CHARAKTERISTIKA NEUROTRANSMITERŮ • 4) Postsynaptická membrána musí obsahovat receptory, na které se může neurotransmiter navázat a posléze vyvolat změny v postsynaptickém neuronu. • 5) Existuje mechanismus, který inhibuje účinek neurotransmiteru (rozštěpení enzymem, vychytání gliemi nebo nervovými zakončeními presynaptického neuronu, ze kterého byl neurotransmiter uvolněn). • 6) Exogenní podání neurotransmiteru vyvolá stejnou reakci jako jeho endogenní uvolnění.

RECEPTORY NEUROTRANSMITERŮ • Neurotransmitery se váží na: • Ionotropní receptory • Metabotropní receptory • Ligandy vážící se na receptory neurotransmiterů: • Agonisté – vyvolá stejnou buněčnou odpověď jako endogenní ligand (neurotransmiter) • Antagonista – nevyvolává buněčnou odpověď, blokuje receptor

HEMATOENCEFALICKÁ BARIÉRA

ROZDĚLENÍ NEUROTRANSMITERŮ SKUPINA CHEMICKÝCH LÁTEK PŘÍKLAD MALOMOLEKULOVÉ NEUROTRANSMITERY Acetylcholin Aminokyseliny GABA, glycin, glutamát, aspartát Noradrenalin (norepinefrin), adrenalin Biogenní aminy (epinefrin), dopamin, serotonin, histamin Plynné látky NO VELKOMOLEKULOVÉ NEUROTRANSMITERY Neuropeptidy Substance P, endorfin, anandamid

GLUTAMÁT

Metabolismus - syntéza Krebsův cyklus + Aminotransferáza L-Alanin 2 -oxoglutarát + Pyruvát L-Glutamát

Metabolismus - syntéza Krebsův cyklus + 2 -oxoglutarát + Glutamát dehydrogenáza + L-Glutamát

Glutamin Astrocyt Neuron Glutamin NH 3 Glutamát ADP ATP Glutaminsyntetáza NH 3 Glutamát Jádro astrocytu

Metabolismus - degradace • Degradace glutamátu probíhá také jako jeho deaminace na 2 -oxoglutarát, který se zapojuje do Krebsova cyklu, a na amoniak.

Receptory • Metabotropní: • m. Glu. R 1 -8 – spřaženy s G-proteiny • Ionotropní: • AMPA – influx Na+ a enflux K+ • NMDA – specifickým agonistou N-methyl-D-aspartát – zvyšuje propustnost pro Na+, K+ a Ca 2+ – k aktivaci potřeba depolarizace membrány a navázání glutamátu, popř. i glycinu • Kainátové receptory

Úloha v lidském organismu • Motorická koordinace • Uklidnění • Vyvolání informací z paměti • Učení • Emoční a kognitivní procesy • Přenos senzorických informací

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Epilepsie • Huntingtonova, Alzheimerova a Parkinsonova choroba • Schizofrenie • Poškození nervové tkáně po traumatu • Chronická bolest • Hypoxie • Procesy ischemického poškození mozku

Agonisté a antagonisté • Agonisté NMDA: • Kyselina chinolinová • Cykloserin • NMDA • Antagonisté NMDA: • Ketamin • Metadon • Tramadol

Agonisté a antagonisté • Agonista AMPA: • AMPA • Agonista kainátových receptorů: • Kainátová kyselina • Antagonisté AMPA a kainátových receptorů: • Tezampanel

ASPARTÁT

Metabolismus – syntéza a degradace Krebsův cyklus Aspartátamino transferáza + + 2 -oxoglutarát Glutamát Oxolacetát Degradace aspartátu je jeho obrácenou syntézou. Aspartát

Receptory • Aspartát se váže na NMDA receptory, ale nevyvolává u nich tak silnou aktivitu jako glutamát.

Úloha v lidském organismu • Neurotransmiter interneuronů v hippokampu • Neurotransmiter neuronů, které inervují zrakovou kůru

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Epilepsie • Alzheimerova a Parkinsonova choroba

Agonisté a antagonisté • Antagonisté a agonisté NMDA receptoru (viz glutamát).

GABA

Astrocyt Glutamin Glutamát Neuron 2 -oxoglutarát Mitochondrie ADP ATP Glutamát Jádro astrocytu NH 3 Glutaminsyntetáza Glutamátdekarboxyláza γ β α GDP GABA Sukcinát Glutamin GABA Astrocyt GABAtrans amináza Sukcinát semialdehyd

Receptory • Ionotropní: • GABAA – zvyšuje propustnost pro chloridy • GABAC – zvyšuje propustnost pro chloridy – pomalé otevírání, zůstává déle otevřený než GABAA • Metabotropní: • GABAB – spřažen s Gi-proteinem

Úloha v lidském organismu • Modulace přenosu signálů • Modulace nociceptivních informací • Výběr informací přenášejících senzorické informace

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Huntingtonova a Parkinsonova choroba • Epilepsie • Úzkostné stavy a deprese • Chronické bolesti • Alkoholismus • Plicní a střevní poruchy • Schizofrenie • Premenstruační syndrom

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Poruchy spánku • Drogová závislost • Spasticita

Agonisté a antagonisté • Agonisté GABAA • Benzodiazepiny (diazepam, clonazepam) • Barbituráty • Muscimol • Antagonista GABAA • Bikukulin

Agonisté a antagonisté • Agonista GABAB • Baclofen • Antagonisté GABAB • Nemá klinicky významné antagonisty

Glycin

Metabolismus – syntéza a degradace + Tetrahydrofolát (THF) Serin + + Glycin 5, 10 -methylentetrahydrofolát Degradace glycinu je jeho obrácenou syntézou.

Receptory • Ionotropní: • Gly. R – zvyšuje propustnost pro chloridy. • NMDA – bez navázání glutamátu a předchozí depolarizace membrány nedojde k jeho otevření.

Úloha v lidském organismu • Inhibiční neurotransmiter v mozkovém kmeni, sítnici, sluchových drahách • Hlavní inhibiční neurotransmiter v míše

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Epilepsie • Schizofrenie

Agonisté a antagonisté • Agonista: • Cykloserin • Antagonista: • Strychnin

ACETYLCHOLIN

Metabolismus – syntéza a degradace Cholin NMethyl transferáza Serin dekarboxyláza Cholinacetyl transferáza SAM Serin Etanolamin Acetylcholin esteráza Acetylcholin Acetyl-Co-A Cholin + Cholin Acetát

Receptory • Ionotropní: • Nikotinové – mění propustnost pro Na+, K+ a Ca 2+ – muskulární a neurální • Metabotropní: • Muskarinové – M 1 → spřaženy s Gq-proteinem; nervový systém – M 2 → spřaženy s Gi-proteinem; srdce – M 3 → spřaženy s Gq-proteinem; žlázy, hladké svalstvo – M 4 → spřaženy s Gi-proteinem; blíže neprozkoumán – M 5 → spřaženy s Gq-proteinem; blíže neprozkoumán

Úloha v lidském organismu • Regulace procesu bdění a spánku • Motivace a odměna • Paměť • Učení • Řízení činnosti ANS a kosterního svalstva

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Aferentní poruchy • Schizofrenie • Alzheimerova a Parkinsonova choroba • Deprese • Spasticita • Myasthenie

Agonisté a antagonisté • Agonista nikotinových receptorů: • Nikotin • Antagonista nikotinových receptorů: • Tubokurarin • Agonista muskarinových receptorů: • Muskarin • Antagonista muskarinových receptorů: • Atropin

Agonisté a antagonisté • Jedy: • Sarin • Botulotoxin Sarin Botulotoxin

DOPAMIN

Metabolismus – syntéza (katecholaminů) Dekarboxyláza L -aromatických aminokyselin Tyrozin hydroxyláza Tyrozin Dopamin L-DOPA Fenyletanolamin-Nmetyltransferáza Dopamin-βhydroxyláza Noradrenalin Adrenalin

Metabolismus – degradace dopaminu COMT MAO Dopamin 3, 4 -dihydrogen fenylacetaldehyd Aldehydrogenáza 3 -Methoxytyramin MAO 3 -Methoxy-4 hydroxyphenyl acetaldehyd Kyselina 3, 4 dihydroxyfenyloctová Aldehyd COMT dehydrogenáza Kyselina homovanilová

Receptory • Dopamin má pouze metabotropní receptory. • D 1 -like receptory: • D 1 – spřaženy s Gq-proteinem • D 5 – spřaženy s Gq-proteinem • D 2 -like receptory: • D 2 – spřaženy s Gi-proteinem; motorická centra • D 3 – spřaženy s Gi-proteinem; limbický systém • D 4 – spřaženy s Gi-proteinem; limbický systém

Úloha v lidském organismu • Motivace a odměna • Upevňování paměti a naučených informací • Regulace sekrece hypotalamohypofyzárního systému • Regulace motorických funkcí • Regulace zpracovávání informací z vnějšího světa • Přenos a zpracování nociceptivních signálů • Ovlivnění sekrece prolaktinu

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Parkinsonova choroba • Poruchy pozornosti • Huntingtonova choroba • Schizofrenie • Deprese • Touretteův syndrom • Látková závislost • Poruchy příjmu potravy

Agonisté a antagonisté • Agonista D 1: • Fenoldopam • Antagonista D 1: • Ecopipam • Agonista D 2: • Bromokriptin • Antagonisté D 2: • Risperidon • Clozapin

NORADRENALIN A ADRENALIN

Metabolismus – degradace noradrenalinu MAO Aldehydrogenáza COMT Normetanefrin Noradrenalin MAO Nestabilní aldehyd Aldehydrogenáza Aldehyd reduktáza COMT Kyselina vanilmandlová COMT Aldehydrogenáza

Metabolismus – degradace adrenalinu MAO COMT Metanefrin Adrenalin MAO Nestabilní aldehyd Aldehydrogenáza COMT Aldehyd reduktáza Kyselina vanilmandlová Aldehydrogenáza

Receptory • Všechny receptory noradrenalinu a adrenalinu metabotropní. • α-receptory: • α 1 – spřažen s Gq-proteinem; cévy (zvýšení krevního tlaku) • α 2 – spřažen s Gi-proteinem; mozek • β-receptory: • β 1 – spřažen s Gs-proteinem; srdce (zvýšení srdeční činnosti) • β 2 – spřažen s Gs-proteinem; hladké svaly cév a průdušek • β 3 – spřažen s Gs-proteinem; tuková tkáň

Úloha v lidském organismu • Regulace bdění a spánku • Regulace nálady • Paměť a učení • Regulace motorických funkcí a stresové situace • Regulace bolesti • Regulace hypotalamohypofyzárního systému • Modulace funkce glutamátu a GABY

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Poruchy pozornosti • Poruchy spánku a bdělosti • Afektivní poruchy • Schizofrenie • Deprese • Drogová závislost

Agonisté a antagonisté • Agonista α 1: • Fenyefrin • Antagonista α 1: • Prazosin • Agonista α 2: • Klonidin • Antagonista α 2: • Tolazolin

Agonisté a antagonisté • Agonista β 1 a β 2 : • Isoprenalin • Antagonisté β 1 a β 2: • Beta-blokátory

SEROTONIN

Metabolismus – syntéza Tryptofanhy droxyláza Tryptofan Dekarboxyláza Laromatických aminokyselin 5 -hydroxytryptofan 5 -hydroxytryptamin (serotonin)

Metabolismus – degradace 5 -hydroxytryptamin (serotonin) Acetyl-Co-A 5 -hydroxyindol acetaldehyd N-acetylserotonin Aldehydrogenáza Kyselina 5 hydroxyindoloctová 5 -HT Nacetyltransferáza 5 -hydroxyindol-Omethyltransferáza Melatonin

Receptory • Ionotropní: • 5 -HT 3 – mění propustnost pro Na+, K+ a Ca 2+ • Metabotropní: • 5 -HT 1 – spřažen s Gi-proteinem • 5 -HT 2 – spřažen s Gq-proteinem • 5 -HT 4 – spřažen s Gs-proteinem • 5 -HT 5 – spřažen s Gi-proteinem • 5 -HT 6, 7 – spřaženy s Gs-proteinem

Úloha v lidském organismu • Regulace biologického rytmu, bdění a spánku • Modulace vnímání bolesti • Zpracování informací v senzorických oblastech • Kontrakce hladkého svalstva trávicího ústrojí a cév • Modulace tělesné teploty • Modulace agresivity, sexuálního chování, emocionality, nálad • Navození stavu nevolnosti a zvracení

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Deprese a stavy úzkosti • Schizofrenie • Migréna • Poruchy spánku a pozornosti • Zvýšená agresivita • Poruchy příjmu potravy • Alzheimerova choroba • Maniodepresivní psychóza (bipolární afektivní porucha)

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Serotoninový syndrom • Drogová závislost

Agonisté a antagonisté • Agonisté: • Buspiron • LSD • 2 -methyl-5 -hydroxytryptamin • Antagonisté: • Trazodon • Clozapin • Risperidon • Alosetron

HISTAMIN

Metabolismus - syntéza Histadindekarboxyláza Histidin Histamin

Metabolismus - degradace Diaminoxidáza (histamináza) N-methyltransferáza Histamin Telemethylhistamin Imidazolacetal dehyd MAO Kyselina imidazoloctová Kyselinu telemethylimidazol octová

Receptory • Všechny receptoru histaminu jsou metabotropní. • H 1 – spřažen s Gq-proteinem; mozek, cévy, žlázy • H 2 – spřažen s Gs-proteinem; sliznice žaludku, srdce, mozek, děloha, cévy • H 3 – spřaženy s Gi-proteinem; autoreceptory • H 4 – spřažen s Gs-proteinem

Úloha v lidském organismu • Regulace spánkového cyklu a tělesné teploty • Udržování energetický a endokrinní homeostázy • Učení • Zpracování nociceptivních informací • Příjem potravy • Regulace hypotalamohypofyzárního systému • Mediátor zánětu • Působí na hladké svalstvo

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla • Alzheimerova choroba • Schizofrenie

Agonisté a antagonisté • Agonista H 1: • Nemá klinicky významné agonisty • Antagonisté H 1: • Promethazin • Desloratadin

Agonisté a antagonisté • Agonista H 2: • Betazol • Antagonisté H 2: • Famotidin

OXID DUSNATÝ

Charakteristika • Plynný neurotransmiter, syntetizovaný z L-argininu. • Degradován na dusitan a dusičnan. • Tvorba paměťových stop, přenos nociceptivních informací, regulace ANS, kardiovaskulárního systému a hladkého svalstva cév. • Etiopatogeneze Alzheimerovy, Parkinsonovy a Huntingtonovy chorob. • Viagra

SUBSTANCE P

Charakteristika • Excitační tachikyn, resp. neurokinin • Rychlá kontrakce hladkého svalstva pomocí NK 1 receptorů (spřažen s G-proteinem) • Přenos nociceptivních informací

ENDRODFIN (MET-ENKEFALIN)

Charakteristika • Převážně inhibiční neurotransmiter patřící do opioidů • Syntetizován z POMC • Váže se na tři druhy receptorů – μ, κ a δ (spřaženy s Gproteinem)

ANANDAMID

CHARAKTERISTIKA • Převážně inhibiční neurotransmiter patřící k endokanabinoidům • Syntetizován z fosfatidylethanolaminu • CB 1 a CB 2 receptory • THC

DĚKUJI ZA POZORNOST